CN103635771A - 微孔壳管式换热器 - Google Patents
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Abstract
提供一种适于传输第一流体(32)通过内部(21)的换热器(10)，其具有容纳第二流体(41)的管状体(40)，由此在所述流体之间发生热传递，所述管状体纵向延伸通过所述内部、具有非圆形横截面(42)、并被形成以界定沿所述管状体纵向延伸的微通道(50)，所述第二流体通过所述微通道进行传输。
Description
发明背景
本文公开的主题涉及换热器，且更具体地，涉及壳管式换热器。
加热和冷却系统，如HVAC和制冷系统，一般采用多种类型的换热器来提供加热和冷却。这些换热器通常包括壳管式换热器或管中管式换热器。在每种情况下，在被引导以便彼此邻近流通的液体之间以及紧密耦接以致彼此存在热传递相互作用的液体之间，通常会发生热传递。
例如，在壳管式换热器中，壳形成容器的外部表面，其内被引入制冷剂蒸气。然后，水被引导通过水管，水管延伸通过容器，从而在制冷剂和水之间发生热传递。在另一个实例中，制冷剂可被引导通过管，而水或其它热传递介质(如乙二醇或丙二醇)被引导通过管和换热器外壳之间的空间。
壳管式换热器一般占到水冷式制冷机成本的大约50％，并且通常决定所需的制冷剂量和单位占用间隔，响应于一般会增加尺寸限制和壳管式换热器成本的不断提高的能量效率要求，其两者均会随着时间而改变。
发明简述
根据本发明的一个方面，提供换热器的管状体。换热器适于传输第一流体通过内部，管状体容纳第二流体，由此在第一流体和第二流体之间发生热传递。管状体纵向延伸通过换热器的内部，具有非圆形横截面，并被形成以界定纵向延伸通过管状体的微通道，第二流体通过微通道进行传输。
根据本发明的另一个方面，换热器被提供并包括界定内部的壳、耦接到壳的歧管，由此第一流体在内部连通、布置于内部以传输第二流体通过其的管状体，由此在第一流体和第二流体之间发生热传递。管状体纵向延伸通过内部，具有非圆形横截面，并被形成以界定纵向延伸通过管状体的微通道，第二流体通过微通道进行传输。
根据本发明的再一个方面，换热器被提供并包括界定内部的壳、耦接到壳的歧管，由此第一流体在内部连通、传输第二流体通过内部的第一管状体和第二管状体，由此在第一流体和第二流体之间发生热传递，其中第一管状体和第二管状体中的每一个纵向延伸通过换热器的内部，具有非圆形横截面，并被形成以界定纵向延伸通过管状体的微通道，第二流体通过微通道进行传输。
根据结合附图进行的下列描述，这些及其它优点和特征将更加显而易见。
附图简述
作为本发明的主题被特别指出，并在本说明书结论处的权利要求书中明确要求保护。根据结合附图进行的下列详细描述，本发明的前述和其它特征及优点是显而易见的，其中：
图1为换热器的横截面视图；
图2为图1的换热器的部分管状件的透视图；和
图3为图1的换热器的部分管状件的透视图。
详述部分通过参考附图实例的方式解释本发明的实施方案，以及优点和特征。
发明详述
如行业要求和政府法规所规定，为了满足不断提高的整体系统效率要求并降低二氧化碳排放，换热器效能已经成为最重要的驱动力之一。优越的换热器性能最终导致占用间隔、重量和材料含量减少。
根据本发明的多个方面，换热器构造为用于气-液、液-液和气-气应用场合的微通道换热器(“MCHX”)。例如，在气-液场合，空气被引导于换热器管之外且制冷剂或其它冷却液被引导通过管。MCIIX设计允许紧凑的布置、增强的性能、减少制冷剂加注并提高结构刚度。
参考图1，提供了换热器10。换热器10包括界定内部21于其中的壳20，流体耦接至壳20并由此第一流体32与壳20的内部21相连通的进口/出口歧管30、31，和管状体40。管状体40被配置以传输第二流体41通过壳20的内部21，尤其是管状体40内。因此，在第一流体32和第二流体41之间发生热传递。
更具体地，管状体40在一个或多个通道中纵向延伸通过壳20的内部21，具有非圆形横截面42，并被形成以界定微通道50。非圆形横截面42可以为长形、椭圆形或矩形。微通道50在非圆形横截面42内被布置为并排结构，并贯通管状体40被纵向穿孔。微通道50在管状体40内提供通路，第二流体41通过所述通路进行传输。例如，如图1所示，非圆形横截面42主要为具有圆角的矩形，微通道50沿其中心线对齐。如果微通道50相对于管状体40足够小，微通道50可以沿横截面42的中心线直线排列或呈交错矩阵布置。必须理解，尽管微通道50被示出为具有圆形横截面，但其可以具有任何非圆形或其它多边形横截面形状，包括但不限于矩形、梯形或三角形，其中的每一个均在本发明范围内。
根据某些实施方案，水或乙二醇可以作为第二流体41被引导通过微通道50，并在内部21中提供制冷剂(例如低压制冷剂R134a或R1234yf)作为第一流体32用于冷凝或蒸发。或者，制冷剂(例如高压制冷剂R410A或CO2)可以作为第二流体41被引导通过微通道50，而冷却液作为第一流体32被引导通过内部21。
管状体40可以包括作为基本金属的铜并附加铝和/或塑料。或者，管状体40可以由铝、塑料或其它材料组成。亦即，尽管管状体40可以由铜材料制成，但也可以采用廉价的铝或塑料材料以实现成本和重量的进一步降低。在使用铝时，可以采用钎焊炉操作来生产管状体40或其管束以在随后插入壳20。对于塑料材料，可以使用扩散连接或任何其它已知方法来刚性装配管状体40或其管束。
参考图2和图3，管状体40包括外部表面43，其上涂覆以涂层材料以促进膜状冷凝或滴状冷凝之一并提高热传递特性。管状体40还包括内部表面44。外部表面43和内部表面44可以包括一个或多个孔状特征件60、凹口61、槽62和鳍状物63。孔状特征件60可以由喷到外部表面43和/或内部表面44上的金属形成。凹口61可以被制造以促进成核现象。槽62和鳍状物63可以在挤压工艺或二次加工过程中集入管状体40的外部表面43或内部表面44中，并且可以相对于管状体40纵向或横向定向。
返回参考图1，应理解，管状体40可以作为多个管状体40提供，其中每个管状体40大致按如上所述进行构造，但相对于彼此未必相似。例如，第一和第二管状体400、401每个均可具有长形横截面42，并且可以被定向使得长形部分大致垂直对齐或使得一者或两者的长形部分相对于垂直方向成一定角度。两者均成一定角度时，其角度可以相同或不同。在各种情况下，垂直或接近垂直的定向有助于冷凝物的排放。
类似地，第一和第二管状体400、401每个均可包括具有不同孔状特征件60、凹口61、槽62和鳍状物63的外部表面43和内部表面44。第一和第二管状体400、401可以具有相同或不同的尺寸。进一步，第一和第二管状体400、401之间的距离以及第二管状体401和第三管状体402之间的距离可以相同或不同。类似地，取决于壳20内各个管状体的位置，管状体400、401和402中微通道之间的距离可以不同。在某些情况下，管状体40的相对位置可以被设置以减少换热器10的占用间隔并/或防止或减少漫流。
尽管本发明仅结合有限数量的实施方案进行详细描述，但容易理解，本发明并不限制于这些公开的实施方案。相反，本发明可以被修改以包含之前虽未描述，但其符合本发明精神和范围的任何数量的变化、改动、替代或等效布置。另外，尽管已经描述了本发明的多个实施方案，但应理解，本发明的多个方面可能仅包括所述实施方案的某些部分。因此，本发明不应被看作是受之前描述的限制，而是仅受所附权利要求范围的限制。
Claims (27)
1.一种换热器的管状体，所述换热器适于传输第一流体通过内部，所述管状体容纳第二流体，由此在所述第一流体和所述第二流体之间发生热传递，其中所述管状体：
纵向延伸通过所述换热器的所述内部，
具有非圆形横截面，并
被形成以界定纵向延伸通过所述管状体的微通道，所述第二流体通过所述微通道进行传输。
2.根据权利要求1所述的管状体，其包括铜合金、铝合金或塑料。
3.根据权利要求1所述的管状体，其包括涂敷于其外部表面的涂层材料，其促进膜状冷凝和滴状冷凝之一。
4.根据权利要求1所述的管状体，其中所述第一流体包括制冷剂且所述第二流体包括水或乙二醇溶液。
5.根据权利要求1所述的管状体，其中所述第一流体包括水或乙二醇溶液且所述第二流体包括制冷剂。
6.根据权利要求1所述的管状体，其具有长形横截面，所述微通道沿所述长形横截面被界定于长形排列中。
7.根据权利要求1所述的管状体，其中所述微通道中的任何一个或多个具有圆形横截面。
8.根据权利要求1所述的管状体，其中所述微通道中的任何一个或多个具有非圆形或多边形横截面形状。
9.根据权利要求1所述的管状体，其还包括：
其外部表面和内部表面中的至少一个上的孔状特征件、凹口、槽和鳍状物中的一个或多个。
10.一种换热器，其包括：
界定内部的壳；
耦接至所述壳的歧管，由此第一流体与所述内部相连通；和
布置于所述内部中以传输第二流体通过其的管状体，由此在所述第一流体和所述第二流体之间发生热传递，所述管状体：
纵向延伸通过所述内部，
具有非圆形横截面，并
被形成以界定纵向延伸通过所述管状体的微通道，所述第二流体通过所述微通道进行传输。
11.根据权利要求10所述的换热器，其中所述管状体包括铜合金、铝合金或塑料。
12.根据权利要求10所述的换热器，其中涂层材料被涂敷于所述管状体的外部表面以促进膜状冷凝和滴状冷凝之一。
13.根据权利要求10所述的换热器，其中所述第一流体包括水或乙二醇溶液且所述第二流体包括制冷剂。
14.根据权利要求10所述的换热器，其中所述第一流体包括制冷剂且所述第二流体包括水或乙二醇溶液。
15.根据权利要求10所述的换热器，其中所述管状体具有长形横截面，所述微通道沿所述长形横截面被界定于长形排列中。
16.根据权利要求10所述的换热器，其中所述微通道中的任何一个或多个具有圆形横截面。
17.根据权利要求10所述的换热器，其中所述微通道中的任何一个或多个具有非圆形或多边形横截面形状。
18.根据权利要求10所述的换热器，其中所述管状体包括：
形成于其内部表面和外部表面中的至少一个上的孔状特征件、凹口、槽和鳍状物中的一个或多个。
19.一种换热器，其包括：
界定内部的壳；
耦接至所述壳的歧管，由此第一流体与所述内部相连通；和
传输第二流体通过所述内部的第一管状体和第二管状体，由此在所述第一流体和所述第二流体之间发生热传递，其中所述第一管状体和所述第二管状体中的每一个：
纵向延伸通过所述换热器的所述内部，
具有非圆形横截面，并
被形成以界定纵向延伸通过所述管状体的微通道，所述第二流体通过所述微通道进行传输。
20.根据权利要求19所述的换热器，其中所述第一管状体和所述第二管状体每个均具有长形横截面且相对于彼此大致垂直对齐。
21.根据权利要求20所述的换热器，其中所述第一管状体和所述第二管状体相对于彼此以不同的角度布置。
22.根据权利要求19所述的换热器，其中所述第一管状体和所述第二管状体每个均包括不同尺寸和横截面形状的微通道。
23.根据权利要求22所述的换热器，其中所述横截面形状为多边形或非圆形。
24.根据权利要求19所述的换热器，其中所述第一管状体和所述第二管状体每个均包括其外部表面和内部表面中的至少一个上的一个或多个孔隙、凹口、槽和鳍状物。
25.根据权利要求19所述的换热器，其中所述第一管状体和所述第二管状体具有不同的尺寸。
26.根据权利要求19所述的换热器，其中布置于所述第一管状体中的微通道之间的所述间隔不同于布置于所述第二管状体中的微通道之间的所述间隔。
27.根据权利要求19所述的换热器，其包括多个管状体，其中所述管状体以彼此不同的距离或相对于彼此不同的角度布置。
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140312 |